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动压气体轴承周向变截面间隙内流动特性研究

动压气体轴承周向变截面间隙内流动特性研究

作者：李旺南京航空航天大学

学位级别：硕士

动压气体轴承具有极限转速高、承载能力强和自适应稳定等特点,已被广泛应用于国防军工各种无油支撑旋转机械中。在高速旋转条件下动压气体轴承周向变截面小间隙内,固体与润滑气膜间的切应力超过极限值时,流动会产生界面滑移。有、无滑... 详细信息

动压气体轴承具有极限转速高、承载能力强和自适应稳定等特点,已被广泛应用于国防军工各种无油支撑旋转机械中。在高速旋转条件下动压气体轴承周向变截面小间隙内,固体与润滑气膜间的切应力超过极限值时,流动会产生界面滑移。有、无滑移条件下,轴承的性能呈现明显的差异,因此,研究滑移对动压气体轴承性能的影响,对于提高空气轴承设计的准确性以及推动空气轴承的发展起着至关重要的作用。首先,本文以多叶波箔型动压气体轴承(径向)为研究对象,建立其流动与多叶叠加/平波复合弹性边界间流固耦合模型,在此基础上,通过微观范德华力推导近壁流动的极限剪应力,考虑轴面侧和箔片侧可能的滑移状态,进一步推导获得四种滑移状态下基于极限剪应力的动压气体轴承可压缩流雷诺方程,建立基于极限剪应力循环比较的动压气体轴承间隙流动及性能计算方法,并通过文献实验数据对其有效性进行了验证。为界面滑移条件下的动压气体轴承性能分析提供方法参考。其次,建立多叶波箔型动压气体轴承(径向)数值仿真模型,数值分析了不同轴承参数及不同滑移状态对动压气体轴承变截面间隙内流动及轴承静特性的影响,并分析了弹性箔片对滑移状态的影响。研究表明:随着偏心率的增大和转子转速的提高,轴承间隙内流动更易产生界面滑移;不同滑移状态下轴承的静特性差异较大,与不考虑界面滑移相比,仅轴面侧滑移会使周向气膜压力降低并减小轴承承载力,仅箔片侧滑移规律相反;不同滑移状态下轴承摩擦阻力有不同程度的下降,仅轴面侧滑移时平均下降4%,仅箔片侧滑移时降幅达15%。此外,研究还发现界面滑移对刚性轴承的影响要比弹性箔片轴承更大,发生双侧滑移时刚性轴承承载力平均下降36%,弹性箔片轴承平均下降28%,这说明弹性箔片有利于抑制滑移对轴承承载能力的负面影响。然后,基于极限剪应力的动压气体轴承可压缩流雷诺方程,利用小扰动法,推导获得四种滑移状态下轴承动特性计算模型并建立计算方法,数值分析了不同轴承参数及不同滑移状态对轴承动特性的影响。研究结果表明:发生滑移时轴承的刚度系数和阻尼系数会有明显增加,且随着偏心率和气体动力粘度的加大,增幅呈现上升趋势,偏心率从0.1增加到0.5时,双侧滑移时K 的增幅从1.6倍增加到2.2倍,D的增幅从1.7倍增加到2.3倍。这说明滑移可以改善轴承的稳定性和抗干扰能力,并且在偏心率和气体动力粘度较大时效果更明显。最后,搭建动压气体轴承(径向)性能测试实验台,测试了轴承的起浮转速、极限承载力以及承载力随偏心率的变化,结果表明:数值计算与试验结果规律一致,最大误差为15%,进一步验证了前述计算方法的可行性。此外,实验还发现在本文研究的轴承参数下起浮转速在4.5?10 r/min.0?10 r/min之间,起浮后摩擦阻力突降约77%;转速从5.0?10 r/min增加到1.2?10 r/min时,极限承载力从25N提高到85N。本文对不同轴承参数和不同滑移状态下轴承静特性和动特性变化规律进行了研究,为该型轴承的设计和工程应用提供有益的参考。

关键词：滑移边界空气动压轴承变截面间隙极限剪应力轴承性能滑移状态

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2017年《轴承》分类索引

轴承 2017年第12期 64-67页

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轴向气磁复合轴承的理论及试验研究

轴向气磁复合轴承的理论及试验研究

作者：解志杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

当前科学技术的突飞猛进,对一些装置的轴系提出了更高的精度要求。超精密回转轴系的研究水平,关系到宇航技术、精密机床和精密仪器仪表业的发展,是一个国家工业和军事技术的综合体现。能胜任构成精密轴系的轴承,首推气体轴承和磁轴承两... 详细信息

当前科学技术的突飞猛进,对一些装置的轴系提出了更高的精度要求。超精密回转轴系的研究水平,关系到宇航技术、精密机床和精密仪器仪表业的发展,是一个国家工业和军事技术的综合体现。能胜任构成精密轴系的轴承,首推气体轴承和磁轴承两类。但这两种轴承都存在着一定的缺陷,如气体轴承不易控制;磁浮轴承承载能力低等。本文提出了一种结构紧凑、承载能力大、应用前景广的新型气磁复合动压止推轴承。基于静磁学理论建立了永磁磁浮轴承承载能力的理论模型,推导出轴向永磁磁浮轴承承载能力与结构参数、转速之间的关系。利用MATLAB编程进行可视化模拟计算,得出永磁轴承承载能力与轴承间隙的关系曲线,为永磁磁浮轴承的设计及性能测试奠定了理论基础。以气体动压原理为基础建立了螺旋槽型气体动压推力轴承承载能力的理论模型,计算得出气体动压轴承的理论承载能力与转速的关系。结果表明当转速达到12000r/min时,气体动压轴承的气浮力理论值为21N。利用流体力学软件(CFD)对气槽内空气的流速及压强分布进行仿真模拟,分析了了影响气体动压轴承承载能力的因素,特别是是轴承转速与承载能力的关系。实现气磁复合动压轴承组件的研制。在气体动压止推轴承的轴承上、下片内分别嵌入直径30mm,高7.95mm的圆柱形永磁体。气体动压轴承的上下片均采用45号钢加工,外径均为80mm,其中下片旋转,上片只沿轴向窜动,气体动压轴承下片表面加工有螺旋形气槽。为了测试气磁复合动压轴承的性能,设计并搭建了气磁复合动压轴承测试试验台。该试验台主要由钢架结构、传动系统、加载装置、调速和测速装置组成,具有性能稳定、操作方便等特点。分别对气体动压轴承和永磁磁浮轴承进行了承载能力测试及轴承性能研究,有效地解决了气磁复合动压轴承中气体轴承和永磁轴承两者的耦合性问题。测试结果表明转速为12000r/min时,气磁复合动压轴承能稳定工作,承载能力达到126N。

关键词：理论模型数值模拟承载力气磁复合动压轴承轴承性能

流体动压滑动轴承优化设计(一)流体动压滑动轴承设计与最优化

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润滑与密封 1986年第2期 45-50+67页

作者：芈振南西安交通大学润滑理论及轴承技术研究室

一、设计理论的发展流体动压滑动轴承具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等突出的优点,所以在高速大功率机器(汽轮机、发电机、压缩机等),低速重载机器(轧钢机)以及高速精密机床(磨床)中都获得广泛应用,而且是机器... 详细信息

一、设计理论的发展流体动压滑动轴承具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等突出的优点,所以在高速大功率机器(汽轮机、发电机、压缩机等),低速重载机器(轧钢机)以及高速精密机床(磨床)中都获得广泛应用,而且是机器中的重要部件。多年来,为提高机器的性能、寿命和可靠性,对流体动压滑动轴承的设计理论开展了广泛深入的研究。

关键词：流体动压滑动轴承优化设计油楔可倾瓦轴承解法轴承宽度设计变量轴承设计参数轴承性能雷诺方程运动方程宽径比

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柴油机高比负载轴承的试验研究

重发科技 2005年第1期 19-26页

作者： NobutakaHiramatsu HideoIshikawa TakeshiKatagiri 徐启圣李柱国朱炳全

近年来，作为环境问题的一项对策，一直要求柴油机减少废气排放。同时，为了提高燃油效率，发动机的气缸压力也在不断增加，因此发动机轴承，必须在恶劣的高比负载条件下工作。由于连杆轴承，特别是柴油机的连杆轴承在超过100MPa的高比... 详细信息

近年来，作为环境问题的一项对策，一直要求柴油机减少废气排放。同时，为了提高燃油效率，发动机的气缸压力也在不断增加，因此发动机轴承，必须在恶劣的高比负载条件下工作。由于连杆轴承，特别是柴油机的连杆轴承在超过100MPa的高比负载下工作，轴承表面会发生弹性变形，在轴承宽度两边缘处的油膜厚度会减少。这就会使轴承与曲轴直接接触，从而导致轴承的磨损，甚至可能引起粘着。引起粘着的因素有：轴承材料、轴承形状、加工方法以及装配不当。针对这些因素，本研究利用试验装置评定了实际发动机的连杆轴承性能，然后将试验结果与按弹性流体润滑理论分析的结果进行了比较。

关键词：柴油机试验研究连杆轴承发动机轴承环境问题废气排放燃油效率气缸压力负载条件弹性变形轴承表面油膜厚度直接接触轴承材料装配不当加工方法轴承性能试验装置研究利用润滑理论弹性流体试验结果粘着

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青铜轴承的代用材料——高硫铸铁的试验研究

工程机械 1966年第1期 35-40页

作者：徐通和陈强业郁寿林

铜是比较稀缺的金属,因此如何寻找来源丰富、性能良好的材料代替铜,具有十分重大的意义。我们的工作是着重解决青铜轴套、轴瓦等的材料代用问题。现将工作的主要内容作一介绍。由于我们的水平有限,是否正确,希望大家给予批评指正。一选... 详细信息

铜是比较稀缺的金属,因此如何寻找来源丰富、性能良好的材料代替铜,具有十分重大的意义。我们的工作是着重解决青铜轴套、轴瓦等的材料代用问题。现将工作的主要内容作一介绍。由于我们的水平有限,是否正确,希望大家给予批评指正。一选用铸铁轴承的主要依据选择轴承材料,必须在符合技术要求的同时,能

关键词：高硫合量青铜轴承化学成分抗胶合性化学组成普通铸铁轴承性能代用材料

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动静压轴承定义的初议